[发明专利]一种模块化小型核反应堆的非能动空气冷却装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及核反应堆安全设备与技术领域，特别涉及一种模块化小型核反应堆的非能动空气冷却装置及方法。

背景技术

先进非能动核电站在传统概念设计的基础上，根据非能动设计概念增加了大量的非能动部件和系统，使系统安全性大大提高。非能动安全系统依靠重力来驱动反应堆安全系统，不需要能动措施，如泵、风机、柴油发电机等，在事故状态下，管路中的阀门自动开启，建立自然循环，从而导出堆芯余热，确保堆芯安全和压力容器的完整性。

美国西屋公司的AP1000在设计中采用了非能动严重事故预防和缓解措施，AP1000完全独立的非能动堆芯冷却系统包括非能动余热排出系统和非能动安全注入系统两大部分。欧洲的EPR-1000核电站设计也采用了AP1000相似的非能动堆芯冷却系统，主要功能也是在事故后自动降压，向堆芯注射含硼水、带走堆芯衰变热等。德国西门子公司为SWR1000设计了事故后非能动自动降压系统和非能动蒸汽冷凝系统，在事故发生后，主蒸汽管道隔离，蒸汽冷凝系统自动投入，蒸汽进入压力容器侧面的冷凝器，凝结后在重力作用下又流到压力容器内，完成自然循环。欧洲的简化沸水堆(ESBWR)设计了一个非能动冷凝系统，利用冷凝作用建立起自然循环带走堆芯衰变热。

非能动安全的概念已经在国际上大量开展并且得到了广泛的应用，非能动理念已经被证明是可以有效提高反应堆固有安全性和可靠性的一种重要手段。同时，近年来随着科技的发展，模块化小型核反应堆的优势慢慢被发觉，其应用范围也从最开始单一的军事应用逐步扩展到民用核能领域，近年来开展了应用于城市供热、工业制汽/制氢、海水淡化、移动式核动力装置以及其他方面热能利用的模块化小型核反应堆研究设计。模块化小型堆主要是指将反应堆主回路中的设备如蒸汽发生器，主泵，稳压器整合到反应堆压力容器内，从而消除主回路中大量管道的使用，避免发生大破口失水事故的可能，同时一体化设计方式使反应堆设计更为紧凑，使得空间需求降低，模块化设计方式简化了反应堆建造过程和维护维修成本，所以模块化小型核反应堆越来越受到核工业领域的青睐。而模块化小堆的非能动安全系统往往是参考传统大型和反应堆的设计，大多采用一套独立的系统，即在反应堆原本的结构中在添加单独的非能动余热排出系统，例如美国的W-SMR反应堆，同时模块化小堆的最终热阱设计一般都采用水箱，例如国际合作的IRIS和美国的W-SMR反应堆分别采用了换料水箱和热阱大水箱的设计，他们都要求水箱内存在大量的冷却剂用以保证反应堆在事故瞬态下可以提供一段时间的冷却功能。但是水箱的体积终是有限的，就是说反应堆事故后的最终热阱并不是无限期的为反应堆提供冷却能力的，因此为了抬高核电站的安全性应该考虑在事故后为反应堆提供一个具有无限的能却能力的最终热阱。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种模块化小型核反应堆的非能动空气冷却装置及方法，是针对模块化小型核反应堆提供一种非能动空气冷却的核电站严重事故缓解装置。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模块化小型核反应堆的非能动空气冷却装置，适用于反应堆严重事故的预防和缓解，在反应堆事故后导出一回路内的余热，该装置包括模块化小型核反应堆自身的蒸汽发生器4、中间回路9和冷却塔1，所述中间回路9包括补水箱3、空冷换热器2和相应管道阀门；反应堆安全壳5置于地下，反应堆压力容器6置于反应堆安全壳5内部，蒸汽发生器4置于反应堆压力容器6内部，空冷塔1置于安全壳外部且在地平面以上，空冷换热器2置于空冷塔1内部，空冷换热器2出口与补水箱3上端通过第一管道201连接，补水箱3下端通过第二管道301与蒸汽发生器4二层次入口连接，并且第二管道301上装有第一阀门11，蒸汽发生器4二层次出口通过第三管道401连接到空冷换热器2入口，并且第三管道401上装有第二阀门12，从而形成完整的自然循环回路，所述第一阀门11和第二阀门12只在事故工况中打开，连通所述蒸汽发生器4和中间回路9；所述补水箱3中注满冷却水，其位置高于蒸汽发生器4二次侧入口。

所述冷却塔1为双曲线型的轮廓，优化了塔内空气流道并降低冷却塔外风力的影响。

所述蒸汽发生器4为模块化小型核反应堆正常运行所用蒸汽发生器，只在事故工况时与所述中间回路9连接。

所述空冷换热器2为690合金材料，管内流动二次侧冷却水，管外流动空冷塔中空气，空冷换热器2水平方向排列并布置在所述冷却塔1底部，保证换热不易受到风速影响。